CN111095572A - 双面电极型太阳能电池和太阳能电池模块 - Google Patents

双面电极型太阳能电池和太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

提供既会确保太阳能电池彼此的连接强度又会发挥高输出的太阳能电池模块和适用于该太阳能电池模块的太阳能电池。在太阳能电池(10)中，在半导体基板(15)上，当在一端侧(E1S)的受光面(15SU)侧，将未被p型用透明氧化物电极层(12p)覆盖的区域设为“区域(A)”，在另一端侧(E2S)的受光面(15SU)侧，将未被p型用透明氧化物电极层(12p)覆盖的区域设为“区域(B)”时，区域(A)的面积比区域(B)的面积宽广。

Description

双面电极型太阳能电池和太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及双面电极型太阳能电池和太阳能电池模块。
背景技术
近来，在将双面电极型的太阳能电池模块化的情况下，存在不使用导电性的连接线而是通过使太阳能电池的一部分彼此相互重叠来直接电气且物理地进行连接的方式(例如专利文献1)。
这种连接方式被称为搭迭(Shingling)方式，根据该方式，能在太阳能电池模块中有限的太阳能电池安装面积内安装更多的太阳能电池，用于光电转换的受光面积增加，因此认为太阳能电池模块的输出会提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开平11-186577号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，若是仅单纯增加了受光面积的太阳能电池模块的话，实际上很难提高输出。这是因为，输出的提高不仅存在受光面积这个因素，还存在其它各种因素。作为其中一个因素，可以想到在太阳能电池的pn结之间产生的暗电流。这是因为，如果产生暗电流的话，太阳能电池的动作点电压会下降，从而输出也会下降。并且，在搭迭方式的情况下，由于1个太阳能电池的一部分被别的太阳能电池的一部分遮光，因此容易产生暗电流。
要想抑制该暗电流，只要使太阳能电池的一部分彼此相互重叠的面积变窄即可，但这样一来，物理连接面积会窄小化，会产生太阳能电池彼此的连接强度的不足。另外，由于太阳能电池彼此是电气且物理的连接，在相互重叠的太阳能电池的一部分彼此之间例如会存在导电性粘接剂，但该导电性粘接剂也可能会在热压接时延展而进入到太阳能电池的受光面，导致阴影损失(Shadow loss)。
本发明是为了解决上述问题而完成的。并且，其目的在于，提供既会确保太阳能电池彼此的连接强度又会发挥高输出的太阳能电池模块和适用于该太阳能电池模块的太阳能电池。
用于解决问题的方案
本发明的双面电极型太阳能电池包含：半导体基板；p型半导体层及与其对应的p型用透明氧化物电极层，它们位于上述半导体基板的主面中的一面侧；以及n型半导体层及与其对应的n型用透明氧化物电极层，它们位于上述半导体基板的主面中的另一面侧。在该双面电极型太阳能电池中，将上述半导体基板中相对的两边中的一方设为一端侧，将另一方设为另一端侧，在上述一端侧的上述一面侧，将未被上述p型用透明氧化物电极层覆盖的上述p型半导体层的区域设为“区域A”，在上述另一端侧的上述一面侧，将未被上述p型用透明氧化物电极层覆盖的上述p型半导体层的区域设为“区域B”。那么，上述区域A的面积比上述区域B的面积宽广。
发明效果
搭载有本发明的太阳能电池的太阳能电池模块既会确保太阳能电池彼此的连接强度，又会发挥高输出。
附图说明
图1是后述的图6所示的太阳能电池模块的截面图中的局部放大图。
图2是示出图1的另一例的局部放大图。
图3是太阳能电池的立体图。
图4是太阳能电池的俯视图。
图5是太阳能电池模块的俯视图。
图6是太阳能电池模块的截面图。
图7是太阳能电池的立体图。
图8是太阳能电池的俯视图。
图9是太阳能电池的立体图。
图10是太阳能电池的俯视图。
具体实施方式
如下说明本发明的一个实施方式，但本发明不限于此。此外，为了方便，有时也会省略影线或构件附图标记等，但在这种情况下，参照其它附图。另外，为了方便，将附图中的各种构件的尺寸进行了调整以使其容易观看。
图3的立体图示出使用了硅制的半导体基板15的太阳能电池10，图4是图3的俯视图。如图3所示，半导体基板15具有2个主面15S(15SU、15SB)。因此，在本说明书中，将2个主面15S中的一面侧的主面15S设为表面15SU，将另一面侧的主面15S设为背面15SB。另外，将表面15SU和背面15SB中的一面作为要比另一面更积极接受光的受光侧[受光面侧]、将不积极接受光的另一面作为非受光的背侧[背面侧]进行说明。
举出所谓的异质结结晶硅太阳能电池来说明太阳能电池10。该太阳能电池10包含：半导体基板15、本征半导体层16、导电型半导体层17(p型半导体层17p、n型半导体层17n)、以及电极层11(透明氧化物电极层12、金属电极层13)。此外，以下为了方便，对于分别对应于p型半导体层17p或n型半导体层17n的构件，有时会在构件编号的末尾标注“p”/“n”。
半导体基板15既可以是由单晶硅(硅晶片；Silicon wafer)形成的基板，也可以是由多晶硅形成的基板。以下，以单晶硅基板进行说明。
另外，关于半导体基板15的导电型，其既可以是含有向硅原子导入电子的杂质(例如磷原子)的n型单晶硅基板，也可以是具有向硅原子导入空穴的杂质(例如硼原子)的p型单晶硅基板。以下，以被认为载流子寿命长的n型的半导体基板15为例进行说明。
另外，在半导体基板15中，从将接受到的光封闭起来的观点出发，优选2个主面15SU、15SB中的至少受光面15SU具有由山(凸)和谷(凹)形成的纹理(Texture)结构。此外，纹理结构(凹凸面)例如通过应用了半导体基板15中的(100)面的蚀刻速率(Etching rate)与(111)面的蚀刻速率的差异的各向异性蚀刻来形成。
另外，从抑制硅的使用量的观点出发，优选半导体基板15的厚度为200μm以下。此外，测定厚度的情况下的测定方向是与半导体基板15的平均面(平均面是指不依赖于纹理结构的整个基板的面)垂直的方向。因此，以下，将该垂直方向、即测定厚度的方向设为测定各种层的膜厚的厚度方向。
另一方面，若半导体基板15的厚度过小，则可能会产生机械强度的下降，或是外部光(太阳光等)不被充分吸收而致使短路电流密度减小。因此，半导体基板15的厚度优选是50μm以上，进一步优选是70μm以上。此外，当在半导体基板15的主面15S形成有纹理结构的情况下，半导体基板15的厚度由将受光侧和背侧各自的凹凸结构中的凸的顶点连结起来的直线间的最大距离来表示。
此外，在硅晶片为5英寸见方、6英寸见方的情况下，也可以将其割断而作为半导体基板15。这样一来，会成为尺寸比硅晶片小的太阳能电池10，因此，即便是薄且容易挠曲的半导体基板15，也不易发生破损。
另外，如图4所示，半导体基板15的平面形状优选是具有4个边E1～E4的大致矩形，进一步优选是具有长边E1、E2和短边E3、E4的大致长方形。在本说明书中，“大致矩形”不仅包含完整的矩形(包含正方形在内的长方形)，还包含在至少一个角具有圆角等、至少缺一个角的形状等。同样地，“大致长方形”不仅包含完整的长方形，还包含在至少一个角具有圆角等、至少缺一个角的形状等。
本征半导体层16(16p、16n)通过分别直接覆盖半导体基板15的大致矩形状的两主面15S(15SU、15SB)，既抑制杂质向半导体基板15扩散又进行表面钝化。此外，“本征(i型)”这一用语不限于不包含导电型杂质的完全本征，也包括在硅系层能作为本征层发挥功能的范围内包含微量的n型杂质或p型杂质的“弱n型”或“弱p型”的实质本征的层。
另外，在图3中，本征半导体层16p的形状及面积与半导体基板15的主面15SU大致相同，本征半导体层16n的形状及面积与半导体基板15的主面15SB大致相同。但是，不限于此。
本征半导体层16的材料没有特别限定，但优选是非晶硅系薄膜，进一步优选是包含硅和氢的氢化非晶硅系薄膜层。另外，本征半导体层16的形成方法没有特别限定，但优选是等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition；化学气相沉积)法。
这是因为，当通过CVD使这些薄膜在由单晶硅形成的半导体基板15上成膜时，既能抑制杂质向单晶硅扩散，又能有效地进行基板表面的钝化。另外，如果是等离子体CVD法，则通过在膜厚方向上改变本征半导体层16的膜中氢浓度，还能形成在进行载流子回收方面有效的能隙分布(Energy gap profile)。
此外，作为等离子体CVD法的薄膜的形成条件，例如优选基板温度为100℃以上300℃以下，压力为20Pa以上2600Pa以下，高频功率密度为0.003W/cm2以上0.5W/cm2以下。
另外，作为形成薄膜所使用的原料气体，在氢化非晶硅系薄膜的情况下，优选SiH4、Si2H6等含硅气体、或是这些气体与H2的混合气体。
作为导电型半导体层17，可举出p型半导体层17p和n型半导体层17n。在图3所示的太阳能电池10中，p型半导体层17p形成于在半导体基板15的受光侧的主面(受光面)15SU形成的大致矩形状的本征半导体层16p上，n型半导体层17n形成于在半导体基板15的背侧的主面(背面)15SB形成的大致矩形状的本征半导体层16n上。
当像这样在半导体基板15的主面15SU、15SB中的一面侧和另一面侧分别形成有导电型半导体层17时，电极层11也会分别形成在半导体基板15的一面侧和另一面侧。因此，这样的太阳能电池10被称为双面电极型太阳能电池10。
另外，在图3中，p型半导体层17p的形状及面积与本征半导体层16p以及半导体基板15的主面15SU大致相同，n型半导体层17n的形状及面积与本征半导体层16n以及半导体基板15的主面15SB大致相同。但是，不限于此。另外，导电型半导体层13的制法没有特别限定，但与本征半导体层16同样地，优选是等离子体CVD法。
p型半导体层17p由添加了p型的掺杂剂(硼等)的硅层形成。例如可举出p型氢化非晶硅层、p型非晶碳化硅层或p型非晶氧化硅层。此外，从抑制杂质扩散或串联电阻下降的观点出发，优选p型半导体层17p由非晶硅形成。另外，p型非晶碳化硅层和p型非晶氧化硅层由于是宽间隙的低折射率层，因此，在能够减少光学损失这一点上是优选的。
n型半导体层17n由添加了n型的掺杂剂(磷等)的硅层形成。此外，n型半导体层17n也与p型半导体层17p同样地，优选由非晶硅层形成。
电极层11通过分别覆盖p型半导体层17p和n型半导体层17n而电连接到这些半导体层17p、17n。从而，电极层11作为引导在p型半导体层17p或n型半导体层17n产生的载流子的输送层发挥功能。
电极层11由多层形成，其中作为分别直接接触p型半导体层17p和n型半导体层17n的层，形成以透明导电性氧化物为主成分的透明氧化物电极层12(12p、12n)。此外，“为主成分”是指，该物质的含有量是51重量％以上，优选是70重量％以上，进一步优选是90重量％。另外，只要不失去透明氧化物电极层12的功能，则也可以包含除主成分以外的物质。另外，透明氧化物电极层12可以是单层也可以是多层。
透明导电性氧化物的材料没有特别限定，例如可举出氧化锌、氧化铟、或者在氧化铟中按1重量％以上10重量％以下添加了各种金属氧化物例如氧化钛、氧化锡、氧化钨或氧化钼等而成的材料。另外，也可以在这样的材料中添加Sn、W、As、Zn、Ge、Ca、Si、C等掺杂剂。
另外，透明氧化物电极层12的理想厚度是10nm以上140nm以下，作为适于这种膜厚的透明氧化物电极层12的形成方法，例如可举出溅射法等物理气相沉积法(PVD)、或是使用了有机金属化合物与氧或水的反应的化学气相沉积法(MOCVD)法等。
此外，透明氧化物电极层12p的形状虽然是与p型半导体层17p的形状相同的大致矩形状，但面积形成得比p型半导体层17p的面积小。而且，以在半导体基板15中作为相对的两边E1、E2中的一方的一端侧E1S和作为相对的两边E1、E2中的另一方的另一端侧E2S产生不被透明氧化物电极层12p覆盖的区域[区域]的方式形成该透明氧化物电极层12p。
另外，透明氧化物电极层12n的形状虽然是与n型半导体层17n的形状相同的大致矩形状，但面积形成得比n型半导体层17n的面积小。而且，以在半导体基板15的一端侧E1S和另一端侧E2S产生不被透明氧化物电极层12n覆盖的区域[区域]的方式形成该透明氧化物电极层12n。
这种透明氧化物电极层12的成膜例如使用剥离(Lift-off)法，剥离法是使用膜掩模的部分覆膜法。即，使用具有图案化的开口的膜掩模，并利用在与开口重叠的部分会使透明氧化物电极层12成膜，在非开口部分正下方不会使透明氧化物电极层12成膜这一点，形成：导电区域，其中形成了透明氧化物电极层12；以及没有形成透明氧化物电极层12的区域(非导电区域)。
此外，透明氧化物电极层12的成膜不限于剥离法，例如也可以是通过模版掩模(Stencil mask)这种开有孔的金属进行成膜来直接制作图案的方法、在半导体层17的整个面上使透明氧化物电极层12成膜后通过蚀刻来部分地除去透明氧化物电极层12的方法(减成法)、或者是仅在导电区域直接涂敷透明电极材料来形成导电层的方法(加成法)。
在电极层11中，除了形成p型半导体层17p用的透明氧化物电极层[p型用透明氧化物电极层]12p和n型半导体层17n用的透明氧化物电极层[n型用透明氧化物电极层]12n之外，还分别在这些层12p、12n上形成金属电极层13[p型用金属电极层13p、n型用金属电极层13n]。
金属电极层13是将至少一部分直接堆叠在透明氧化物电极层12的表面侧而形成的，电连接到透明氧化物电极层12。但是，不限于此，也可以有其它层介于两个层12、13之间，只要金属电极层13与透明氧化物电极层12电连接即可。
金属电极层13的材料没有特别限定，例如可举出银、铜、铝或镍等。另外，金属电极层13的材料也可以是包含这样的金属材料与粘合剂树脂的导电性膏。
由于这样的材料是遮光材料，因此，配置在太阳能电池10的受光侧的金属电极层13形成为细线化的图案状。例如图3所示，可举出梳齿状的金属电极层13p。
在这种梳齿状的金属电极层13p中，将成为梳背的部分称为汇流排(Busbar)部BB，将与梳背交叉(正交等)并且沿着该梳背的长边排列的成为梳齿的部分称为指状部FG。
此外，在图3和图4中，汇流排部BB沿着半导体基板15的一端侧E1的边(长边方向)形成，指状部FG沿着与长边方向交叉的短边方向(短边E3、E4)延伸，并沿着长边方向排列，但不限于此。另外，汇流排部BB从透明氧化物电极层12p的表面的多个指状部FG的末端延伸出来并到达p型半导体层17p，但不限于此。
另一方面，即便在光不直接入射过来的太阳能电池10的背侧配置金属电极层13n，也不会导致半导体基板15被遮光。因此，金属电极层13n例如图3所示，是与透明氧化物电极层12n大致相同尺寸的面状，形成为被纳于透明氧化物电极层12n的面积以内。但是，不限于这种矩形状的面状电极，即使是在背侧，也可以与受光侧同样地是梳齿状的金属电极层。
另外，金属电极层13p、13n的理想厚度是20μm以上80μm以下，作为适于这种膜厚的金属电极层13的形成方法，可举出将导电性膏进行喷墨或丝网印刷的印刷法、或者镀敷法。但是，不限于此，在采用真空工艺的情况下，也可以采用蒸镀或溅射法。
此外，在将本征半导体层16、导电型半导体层17以及电极层11层叠到半导体基板15的阶段，以抑制各接合界面的钝化、半导体层及其界面中的缺陷能级的产生为目的实施退火处理。
作为退火处理，例如可举出将配置有各个层的半导体基板15投入到已加热至150℃以上200℃以下的烘箱中的加热处理。在这种情况下，烘箱内的气氛可以是大气，但通过使用氢或氮，能进行更有效的退火处理。另外，退火处理也可以是使用红外线加热器对配置有各个层的半导体基板15照射红外线的RTA(Rapid Thermal Annealing；快速热退火)处理。
如图5的俯视图和作为图5的i-i’线向视截面图的图6所示，通过搭载多个如上所述的双面电极型的太阳能电池10而成为太阳能电池模块20。太阳能电池模块20至少包含：太阳能电池10、导电性粘接剂22、密封件23(受光侧密封件23U、背侧密封件23B)、受光侧保护构件24、以及背侧保护构件25。
在太阳能电池模块20中只要至少包含2个太阳能电池10即可，各个太阳能电池10经由导电性粘接剂22至少电连接。将这样带状相连的多个太阳能电池10称为太阳能电池串21。
并且，导电性粘接剂22在太阳能电池串21中介于使第2太阳能电池10的另一端侧E2S的另一面侧(例如背面15SB侧)的一部分重叠到第1太阳能电池10的一端侧E1S的一面侧(例如受光面15SU侧)的一部分的情况下的这些一部分之间。例如，导电性粘接剂22通过介于作为第1太阳能电池10的金属电极层13p的一部分的汇流排部BB与第2太阳能电池10的金属电极层13n的一部分之间，从而将太阳能电池10电连接。并且，太阳能电池模块20包含1个以上的该太阳能电池串21。
此外，本说明书的“第1太阳能电池”和“第2太阳能电池”是指，在由多个太阳能电池10形成的太阳能电池串21中相邻的2个太阳能电池10、10中的一方和另一方。
因此，例如，在由3个太阳能电池10形成的太阳能电池串21中，成组的“第1太阳能电池”和“第2太阳能电池”会产生2组，关于位于排列起来的3个太阳能电池10的中心的太阳能电池10，当在另一端侧E2S(或一端侧E1S)与其相邻的太阳能电池为“第1太阳能电池10”的情况下，其为“第2太阳能电池10”，当在一端侧E1S(或另一端侧E2S)与其相邻的太阳能电池为“第2太阳能电池10”的情况下，其为“第1太阳能电池10”。也就是说，1个太阳能电池10有时是“第1太阳能电池”，有时是“第2太阳能电池”。
另外，当使第2太阳能电池10的另一端侧E2S的另一面侧(例如背面15SB侧)的一部分重叠到第1太阳能电池10的一端侧E1S的一面侧(例如受光面15SU侧)的一部分时，会形成如在屋顶铺瓦片那样多个太阳能电池10一律向某个方向整齐地倾斜的堆积结构。从这一外观出发，将像这样对太阳能电池10进行电连接的方式称为搭迭方式。
此外，导电性粘接剂22例如可举出导电性粘接膏。这种导电性粘接剂膏例如是使导电性粒子分散在环氧树脂、丙烯酸树脂或氨基甲酸酯(Urethane)树脂等热固化型的粘接性树脂材料中而成的膏状的粘接剂。但是，不限于此，例如也可以使用使导电性粒子分散在热固化型的粘接性树脂材料中而形成为膜状的导电性粘接膜或各向异性导电膜。
密封件23密封并保护太阳能电池10，介于太阳能电池10的受光侧的面与受光侧保护构件24之间、以及太阳能电池10的背侧的面与背侧保护构件25之间。以下，也将对太阳能电池10的受光侧进行被覆的密封件23称为受光侧密封件23U，将对太阳能电池10的背侧进行被覆的密封件23称为背侧密封件23B。
受光侧密封件23U和背侧密封件23B的形状没有特别限定，例如可举出片状。这是因为，若是片状，则能容易对面状的太阳能电池10的表面和背面进行被覆。
作为密封件23的材料，没有特别限定，但优选具有透射光的特性(透光性)。另外，优选密封件23的材料具有使太阳能电池10与受光侧保护构件24和背侧保护构件25粘接起来的粘接性。
作为这种材料，例如可举出乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯/三烯丙基异氰脲酸酯(EVAT)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、丙烯酸树脂、氨基甲酸酯树脂或硅酮(Silicone)树脂等透光性树脂。此外，受光侧密封件23U的材料与背侧密封件23B的材料可以相同也可以不同。
受光侧保护构件24隔着受光侧密封件23U覆盖太阳能电池10的表面(受光面)，保护该太阳能电池10。受光侧保护构件24的形状没有特别限定，但从间接覆盖面状的受光面这一点出发，优选板状或片状。
作为受光侧保护构件24的材料，没有特别限定，但与密封件23同样地，优选既具有透光性又对紫外光具有耐性的材料，例如可举出玻璃、或是丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂等透明树脂。另外，受光侧保护构件24的表面可以加工成凹凸状，也可以由防反射涂层来被覆。这是因为，若如此，则受光侧保护构件24会不易反射接受到的光，能将更多的光引导到太阳能电池10。
背侧保护构件25隔着背侧密封件23B覆盖太阳能电池10的背面，保护该太阳能电池10。背侧保护构件25的形状没有特别限定，但与受光侧保护构件24同样地，从间接覆盖面状的背面这一点出发，优选板状或片状。
作为背侧保护构件25的材料，没有特别限定，但优选防止水等浸入(阻水性高)的材料。例如可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、烯烃系树脂、含氟树脂、或是含硅酮树脂等树脂膜与铝箔等金属箔的层叠体。
此外，太阳能电池模块20的制造方法没有特别限定。例如，只要按顺序重叠背侧保护构件25、背侧密封件23B、太阳能电池10(太阳能电池串21)、受光侧密封件23U、以及受光侧保护构件24，使用进行真空排气的层压机(Laminator)等以规定的温度、压力进行加热、加压来密封即可。
对于如上所述的太阳能电池模块20中使用的太阳能电池串21，除了使用作为图6的虚线圆部分的放大图的图1以外，还使用图3和图4进行详细说明。
在太阳能电池串21内的太阳能电池10中，如图3和图4所示，包含半导体基板15，并且在作为该半导体基板15的主面15S中的一面侧的例如受光面15SU侧[受光面侧]包含p型半导体层17p及与其对应的p型用透明氧化物电极层12p。而且，在该太阳能电池10中，在作为半导体基板15的主面15S中的另一面侧的例如背面15SB侧[背面侧]包含n型半导体层17n及与其对应的n型用透明氧化物电极层12n。
并且，在这种太阳能电池10中，在将半导体基板15中相对的两边E1、E2中的一方设为一端侧E1S，将另一方设为另一端侧E2S的情况下，在一端侧E1S的受光面15SU侧，将未被p型用透明氧化物电极层12p覆盖的区域设为“区域A”，在另一端侧E2S的受光面15SU侧，将未被p型用透明氧化物电极层12p覆盖的区域设为“区域B”。并且，区域A的面积比区域B的面积宽广。
此外，在该太阳能电池模块20中，导电性粘接剂22介于使第2太阳能电池10中的另一端侧E2S的另一面侧即背面15SB侧的一部分重叠到第1太阳能电池10中的一端侧E1S的一面侧即受光面15SU侧的一部分的情况下的这些一部分之间，将两方太阳能电池10电连接。并且，区域A被第2太阳能电池10遮挡。
在太阳能电池10中，发挥光生伏特效应的pn结在n型半导体基板15的情况下产生于成膜有p型半导体层17p的半导体基板15的主面15SU。因此，该主面15SU与p型用透明氧化物电极层17p之间的钝化是重要的。
不过，在采用了搭迭方式的太阳能电池模块20中，如图1所示，1个太阳能电池10中相对的两边的一端侧E1S被另一太阳能电池10中相对的两边的另一端侧E2S遮挡。在这样被遮挡的部分中，有时会产生暗电流。而且，在半导体基板15的端部，由于绕到p型半导体层17p或n型半导体层17n的成膜面相反侧的成膜或机械损伤等，与半导体基板15的中心部相比，容易发生载流子的再结合，也容易产生暗电流。
但是，在采用了搭迭方式的太阳能电池模块20中，当在由于太阳能电池10的重叠而成为遮光区域的半导体基板15的端部配置区域A时，该区域A会被设计得宽广。因此，即使在区域A中的pn结处产生暗电流，由于此处没有p型用透明氧化物电极层，因此，暗电流也不会被回收。其结果是，不易发生由暗电流引起的太阳能电池模块20中的动作点电压的下降，该太阳能电池模块20的输出不会下降。
另外，由于p型用透明氧化物电极层12p承担了在半导体基板15中产生的载流子的回收的大部分，因此，该p型用透明氧化物电极层12p的面积在除了区域A以外的区域中越大越好。因此，在太阳能电池10中，优选沿着从一端侧E1S连结至另一端侧E2S的方向的区域B的长度不到半导体基板15的厚度的2倍(此外，在图4的情况下，该方向是指与半导体基板15的边E3、E4平行的方向，从太阳能电池10形成太阳能电池串21的方向来说，将该方向称为串方向)。
这样一来，搭载该太阳能电池10的太阳能电池模块20既会抑制暗电流的影响，又会提高输出。
另外，在太阳能电池10中，在作为另一端侧E2S的另一面侧的例如背面15SB侧，在未被n型用透明氧化物电极层12n覆盖的n型半导体层17n的区域中，以半导体基板15为界将与区域B相对的区域设为“区域D”。那么，优选该区域D的面积为区域B的面积以下。
在太阳能电池10中，n型用透明氧化物电极层17n与半导体基板15之间的电位差小于p型用透明氧化物电极层17p与半导体基板15之间的电位差。因此，即便产生了暗电流，该电流也不易通过n型用透明氧化物电极层12n流动。因此，区域D可以是狭窄的(即，n型用透明氧化物电极层12n可以是宽广的)。此外，由于区域D只要在区域B的面积以下即可，因此，也包含不存在区域D的情况。
另外，在太阳能电池10中，在作为一端侧E1S的另一面侧的例如背面15SB侧，在未被n型用透明氧化物电极层12n覆盖的n型半导体层17n的区域中，以半导体基板15为界将与区域A相对的区域设为“区域C”。那么，优选区域C的面积比区域B的面积宽广。
在采用了搭迭方式的太阳能电池模块20中，当在由于太阳能电池10的重叠而成为遮光区域的半导体基板15的端部配置区域A时，会在该区域A或其附近通过涂敷等配置导电性粘接剂22。因此，在太阳能电池10彼此连接时，导电性粘接剂22不仅在区域A延展，还可能会超越半导体基板15的端部并绕至位于该区域A的相反侧的区域C。
但是，由于区域C被设计得宽广，因此，即使导电性粘接剂22进入到该区域C，也不易接触到n型用透明氧化物电极层12n。因此，不易发生由于导电性粘接剂22将p型用透明氧化物电极层12p的一端侧E1S与n型用透明氧化物电极层12n的一端侧E1S之间桥接而引起的漏电。
此外，关于以上的区域A～区域D，不限于如图1那样的在受光侧配置有p型半导体层17p、在背侧配置有n型半导体层17n的太阳能电池模块20。即，可以说，使用如图2所示那样的在受光侧配置有n型半导体层17n、在背侧配置有p型半导体层17p的太阳能电池10的太阳能电池模块20也是同样的。
即使是在这种如图2所示的太阳能电池模块20中，导电性粘接剂22也介于使第2太阳能电池10中的另一端侧E2S的另一面侧即背面15SB侧的一部分重叠到第1太阳能电池10中的一端侧E1S的一面侧即受光面15SU侧的一部分的情况下的这些一部分之间，将两方太阳能电池10电连接。并且，区域C被第2太阳能电池10遮挡。
在该太阳能电池模块20内的太阳能电池10中，也包含半导体基板15，并且在作为该半导体基板15的主面15S的一面侧的例如背面15SB侧包含p型半导体层17p及与其对应的p型用透明氧化物电极层12p。而且，在该太阳能电池10中，在作为半导体基板15的主面15S的另一面侧的例如受光面15SU侧包含n型半导体层17n及与其对应的n型用透明氧化物电极层12n。
并且，在这种太阳能电池10中，在将半导体基板15中相对的两边E1、E2中的一方设为一端侧E1S，将另一方设为另一端侧E2S的情况下，在一端侧E1S的背面15SB侧，将未被p型用透明氧化物电极层12p覆盖的p型半导体层17p的区域设为“区域A”，在另一端侧E2S的背面15SB侧，将未被p型用透明氧化物电极层12p覆盖的p型半导体层17p的区域设为“区域B”。并且，区域A的面积比区域B的面积宽广。
在搭载有这种太阳能电池10的太阳能电池模块20中也是，即使在背面15SB侧的区域A的pn结处产生暗电流，由于此处没有p型用透明氧化物电极层，因此，暗电流也不会被回收。其结果是，不易发生由暗电流引起的太阳能电池模块20中的动作点电压的下降，该太阳能电池模块20的输出不会下降。
另外，在如图2所示那样的太阳能电池模块20内的太阳能电池10中也是，优选沿着从一端侧E1S连结至另一端侧E2S的方向(串方向)的区域B的长度不到半导体基板15的厚度的2倍。
这是因为，即使通过在这种太阳能电池10中、即在背面15SB侧配置p型半导体层17p而致使pn结面不是朝向受光侧，p型用透明氧化物电极层12p也会承担在半导体基板15中产生的载流子的回收的大部分，因此，该面积在除了区域A以外的区域中越大越好。
另外，在如图2所示那样的太阳能电池模块20内的太阳能电池10中也是，在作为另一端侧E2S的另一面侧的例如受光面15SU侧，在未被n型用透明氧化物电极层12n覆盖的n型半导体层17n的区域中，以半导体基板15为界将与区域B相对的区域设为“区域D”。那么，优选该区域D的面积为区域B的面积以下。
在这种太阳能电池10中，n型用透明氧化物电极层12n与半导体基板15之间的电位差也小于p型用透明氧化物电极层12p与半导体基板15之间的电位差，因此，暗电流不易通过n型用透明氧化物电极层12n流动，区域D可以是狭窄的。
此外，区域D只要在区域B的面积以下即可，因此，也包含不存在区域D的情况。即，受光面15SU侧的另一端侧E2S也可以全部被n型用透明氧化物电极层12n覆盖。这样一来，n型用透明氧化物电极层12n例如能够发挥防反射层的功能，太阳能电池模块20的美观性提高。
另外，在如图2所示那样的太阳能电池模块20内的太阳能电池10中也是，在作为一端侧E1S的另一面侧的例如受光面15SU侧，在未被n型用透明氧化物电极层12n覆盖的n型半导体层17n的区域中，以半导体基板15为界将与区域A相对的区域设为“区域C”。那么，优选区域C的面积比区域B的面积宽广。
在采用了搭迭方式的太阳能电池模块20中，当在由于太阳能电池10的重叠而成为遮光区域的半导体基板15的端部配置区域C时，会在该区域C或其附近配置导电性粘接剂22。因此，在太阳能电池10彼此连接时，导电性粘接剂22不仅在区域C延展，还可能会超越半导体基板15的端部并绕至位于该区域C的相反侧的区域A。
但是，由于区域C被设计得宽广，因此，导电性粘接剂22不易从该区域C绕到区域A而进入p型半导体层17p。因此，不易发生由于导电性粘接剂22将p型用透明氧化物电极层12p的一端侧E1S与n型用透明氧化物电极层12n一端侧E1S之间桥接而引起的漏电。
此外，从预防p型半导体层17p与n型半导体层17n之间的漏电的观点出发，在如图1所示那样的由在一面即受光面15SU侧配置有p型半导体层17p、在另一面侧即背面15SB侧配置有n型半导体层17n的太阳能电池10来形成太阳能电池模块20的情况下，在太阳能电池10中，优选与p型用透明氧化物电极层12p电连接的p型用金属电极层13p的一部分覆盖区域A的至少一部分。
这样一来，在区域A，即在半导体基板15的一端侧E1S的端部，p型金属电极层13p的一部分会延伸出来，能够在该部位配置导电性粘接剂22。那么，当太阳能电池10覆盖了该区域A的情况下，导电性粘接剂22会被该太阳能电池10隐藏。其结果是，在太阳能电池模块20中，导电性粘接剂22不会超越遮挡区域而伸出到受光面15SU侧，能抑制由导电性粘接剂22引起的阴影损失。
此外，由于区域A被第2太阳能电池10遮挡，因此，进入到区域A的p型用金属电极层13p的一部分也被太阳能电池10覆盖。
另外，在这种太阳能电池模块20内的太阳能电池10中，优选覆盖n型用透明氧化物电极层12n并与其电连接的n型用金属电极层13n的面积为n型用透明氧化物电极层13n的面积以下，且与区域C不重叠。
这样一来，区域A的相反侧的区域C的一部分不被n型用金属电极层13p的一部分覆盖。那么，即使例如导电性粘接剂22在区域A延展，进而超越半导体基板15的端部并绕至区域C，也不易到达n型金属电极层13n。因此，不易发生由于导电性粘接剂22将p型金属电极层13p的一端侧E1S与n型金属电极层13n的一端侧E1S之间桥接而引起的漏电。
另外，从如上所述的预防漏电的观点出发，在如图2所示那样的包含在另一面即受光面15SU侧配置有n型半导体层17n、在一面侧即背面15SB侧配置有p型半导体层17p的太阳能电池10的太阳能电池模块20中也是，优选设为与上述相同宗旨的构成。即，在这种太阳能电池10中，优选与n型用透明氧化物电极层12n电连接的n型用金属电极层13n的一部分覆盖区域C的一部分。
这样一来，在区域C，即在半导体基板15的一端侧E1S的端部，n型金属电极层13n的一部分会延伸出来，能够在该部位配置导电性粘接剂22。那么，当太阳能电池10覆盖了该区域C的情况下，导电性粘接剂22会被该太阳能电池10隐藏，与上述同样地，能抑制由导电性粘接剂22引起的阴影损失。
此外，由于区域C被第2太阳能电池10遮挡，因此，进入到区域C的n型用金属电极层13n的一部分也被太阳能电池10覆盖。
另外，在这种太阳能电池模块20内的太阳能电池10中，优选覆盖p型用透明氧化物电极层12p并与其电连接的p型用金属电极层13p的面积为p型用透明氧化物电极层12p的面积以下，且与区域A不重叠。
这样一来，区域C的相反侧的区域A的一部分不被p型用金属电极层13p的一部分覆盖。因此，例如即使导电性粘接剂22在区域C延展，进而超越半导体基板15的端部并绕至区域A，也不易到达p型金属电极层13p。因此，不易发生由于导电性粘接剂22将n型金属电极层13n的一端侧E1S与p型金属电极层13p的一端侧E1S之间桥接而引起的漏电。
此外，本发明不限于上述实施方式，能在权利要求所示的范围内进行各种变更。即，将在权利要求所示的范围内适当变更后的技术手段组合起来而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
例如，以上举出了在受光面15SU侧的金属电极层13(13p、13n)中具有汇流排部BB和指状部FG的例子，但不限于此。例如也可以如图7的立体图和图8的俯视图所示，是只存在指状部FG的金属电极层13p。在这种情况下，只要在图3所示的汇流排部BB的位置配置导电性粘接剂22来代替该汇流排部BB即可。
另外，以上举出了指状部FG的一部分超越透明氧化物电极层12进入到导电型半导体层17的表面的例子，但不限于此。例如也可以如图9的立体图和图10的俯视图所示，指状部FG被纳于透明氧化物电极层12的表面以内。在这种情况下，也可以是以将各指状部FG相连的方式配置导电性粘接剂22来代替图3所示的汇流排部BB。另外，也可以将代替该汇流排部BB的导电性粘接剂22配置在透明氧化物电极层12上，而不配置在导电型半导体层17上。
另外，在上述中，汇流排部BB或代替汇流排部BB的导电性粘接剂22是一条线的形状，但不限于此，也可以是多条线的形状，还可以不是线状。
实施例
以下，通过实施例具体地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
首先，在将厚度为200μm的6英寸n型单晶硅基板以入射面的面方位(100)在丙酮中清洗之后，在2重量％的HF水溶液中浸渍5分钟，除去表面的氧化硅层，用超纯水进行2次冲洗。然后，将该半导体基板在保持为75℃的5/15重量％的KOH/异丙醇水溶液中浸渍15分钟。接下来，将该半导体基板在2重量％的HF水溶液中浸渍5分钟，再用超纯水进行2次冲洗，在常温下使其干燥。
此外，通过原子力显微镜(AFM)来进行干燥后的半导体基板的表面观察，发现在其两面形成有四角锥状的纹理结构，其算术平均粗糙度为2100nm。
将形成纹理后的单晶硅基板的表面在70℃的5％HCl水溶液中浸渍5分钟，中和残留在表面的碱成分。然后，使用15ppm的臭氧水进行10分钟的表面清洗，在5％HF水溶液中浸渍2分钟来除去臭氧氧化膜。
在以下的实施例1、2以及比较例1中，使用了以上的半导体基板。具体来说，在半导体基板上形成p型半导体层和n型半导体层，在它们之上，形成透明氧化物电极层和金属电极层，进而，使用激光在期望的位置将该半导体基板分割。因此，与由大型的半导体基板形成的多个分割片相应地，形成了电极层。另外，使用导电性粘接剂将该分割片(太阳能电池)以搭迭方式连接而构成太阳能电池串。并且，使用该太阳能电池串制成了太阳能电池模块。以下，详细叙述。
[实施例1]
首先，将大型的半导体基板导入CVD装置，在一个面上使i层非晶硅层成膜为4nm并作为本征半导体层，在其之上，使p型非晶硅层成膜为5nm并作为p型半导体层。
本征半导体层的成膜条件是：基板温度为180℃、压力为130Pa、SiH4/H2流量比为2/10、输入功率密度为0.03W/cm2。
p型半导体层的成膜条件是：基板温度为190℃、压力为130Pa、SiH4/H2/B2H6流量比为1/10/3，输入功率密度为0.04W/cm2。此外，作为上述的B2H6气体，使用通过H2将B2H6浓度稀释至5000ppm后的气体。
接下来，在半导体基板的另一个面上使i层非晶硅层成膜为5nm并作为本征半导体层，在其之上，使n型非晶硅层成膜为10nm并作为n型半导体层。本征半导体层的成膜条件与上述是同样的。n型半导体层的成膜条件是：基板温度为180℃、压力为60Pa、SiH4/PH3流量比为1/2，输入功率密度为0.02W/cm2。此外，作为上述的PH3气体，使用通过H2将PH3浓度稀释至5000ppm后的气体。
接着，将具有导电型半导体层的半导体基板移送至溅射室，在p型半导体层和n型半导体层之上使ITO层成膜为120nm并作为透明电极层。此外，通过使用了膜掩模的剥离法来形成区域A～区域D。
具体来说，在1个太阳能电池中，在作为被另一太阳能电池覆盖的一侧的例如一端，将从太阳能电池的一端侧的端部起沿着从该一端侧连结至另一端侧的串方向的区域A、C的长度设为1100μm。另一方面，在1个太阳能电池中，在作为覆盖别的太阳能电池的一侧的例如另一端，将从太阳能电池的另一端侧的端部起沿着从该另一方端侧连结至一端侧的串方向的区域B、D的长度设为150μm。
此外，膜掩模使用聚丙烯的挠性树脂膜。另外，从强度、耐热性或尺寸稳定性等观点出发，膜掩模使用了双轴拉伸膜。
接着，将具有透明氧化物电极层的半导体基板移送至印刷室，通过丝网印刷来涂敷银膏，从而使金属电极层成膜。具体来说，在受光侧和背侧的透明电极层上，使梳齿状的金属电极层成膜。此外，在受光侧的金属电极层中，使指状部与汇流排电极大致正交。此外，受光侧的指状部的宽度约为50μm，它们的间隔(间距)约为1800μm，背侧的指状部的宽度约为50μm，它们的间隔约为500μm。
接下来，将具有以上的电极层的半导体基板移送至激光室，使用激光装置将其割断，制作出大致长方形的太阳能电池。此外，激光是从n型半导体层的形成面侧入射的。另外，激光的位置是与形成透明氧化物电极层时所设定的分割位置相应的位置。
接着，将太阳能电池移送至分配室，使用分配器(Dispenser)将导电性粘接剂涂敷到第1太阳能电池的预定重叠区域内的汇流排部，使第2太阳能电池相互重叠，通过热压接进行接合。使用总计34个太阳能电池反复进行这种使它们相互重叠的接合。其结果是，制成了使34个太阳能电池电串联连接而成的太阳能电池串。此外，热压接是以温度为150℃、时间为20分钟、压力为5MPa的条件实施的。
接着，将太阳能电池串移送至密封室，在受光侧保护材料上依次层叠受光侧密封件、太阳能电池串、背侧密封件以及背侧保护构件来密封太阳能电池串，制作出太阳能电池模块。此外，将10个太阳能电池串以5个并联×2个串联(总计340个太阳能电池)的方式设为太阳能电池串的集合体。另外，以使各太阳能电池的p型半导体层朝向受光侧的方式进行模块化。
[实施例2]
在实施例1的太阳能电池模块中，是在受光面侧配置有p型半导体层，在背面侧配置有n型半导体层，而在实施例2中进行了颠倒，即在受光面侧配置有n型半导体层，在背面侧配置有p型半导体层。另外，将区域A的长度设为1100μm、将区域B的长度设为150μm，并且在受光面侧的n型半导体层的整个面上使透明氧化物电极层成膜从而不产生区域C和区域D。
[比较例1]
在比较例1中，仅改变了实施例1的太阳能电池模块中的透明氧化物电极层。具体来说，不使用膜掩模，而在太阳能电池的导电型半导体层的整个面上使透明氧化物电极层成膜。
[评价]
利用太阳模拟器以100mW/cm2的光量照射AM(空气质量)1.5的基准太阳光，测定了实施例1、2以及比较例1的太阳能电池模块的太阳能电池特性(开路电压(Voc)、短路电流密度(Isc)、填充因子(FF)、输出(W)(参照表1)。
[表1]
Figure BDA0002402813040000211
根据表1可知，实施例1和实施例2的输出高于比较例1。认为这是由于，在两个实施例中，因搭迭方式而导致的太阳能电池的遮挡部分的暗电流得到了改善，从而，太阳能电池内部的二极管损失减少，填充因子(FF)得到了改善。
另外认为，在比较例1中，由于是在导电型半导体层的整个面上成膜有透明氧化物电极层，因此，在利用激光照射进行分割时，由于残留物的再次附着、透明氧化物电极层的熔融滴落物而产生了漏电。而在两个实施例中，利用激光照射进行分割的部位是不使透明氧化物电极层成膜的区域。因此，不会产生如比较例1那样的漏电，所以认为输出特性会得到改善。
附图标记说明
10 太阳能电池[双面电极型太阳能电池]
11 电极层
12 透明氧化物电极层
12p p型用透明氧化物电极层
12n n型用透明氧化物电极层
13 金属电极层
13p p型用金属电极层
13n n型用金属电极层
15 半导体基板
15S 半导体基板的主面
15SU 半导体基板的受光侧的主面[受光面、一面侧/另一面侧]
15SB 半导体基板的背侧的主面[背面、另一面侧/一面侧]
16 本征半导体层
17 半导体层
17p p型半导体层
17n n型半导体层
20 太阳能电池模块[双面电极型太阳能电池模块]
21 太阳能电池串
22 导电性粘接剂
23 密封件
23U 受光侧密封件
23B 背侧密封件
24 受光侧保护构件
25 背侧保护构件
E1S 一端侧/另一端侧
E2S 另一端侧/一端侧
A 区域A
B 区域B
C 区域C
D 区域D。

Claims (10)

1.一种双面电极型太阳能电池，包含：半导体基板；p型半导体层及与其对应的p型用透明氧化物电极层，它们位于上述半导体基板的主面中的一面侧；以及n型半导体层及与其对应的n型用透明氧化物电极层，它们位于上述半导体基板的主面中的另一面侧，
上述双面电极型太阳能电池的特征在于，
当将上述半导体基板中相对的两边中的一方设为一端侧，将另一方设为另一端侧，
在上述一端侧的上述一面侧，将未被上述p型用透明氧化物电极层覆盖的上述p型半导体层的区域设为“区域A”，
在上述另一端侧的上述一面侧，将未被上述p型用透明氧化物电极层覆盖的上述p型半导体层的区域设为“区域B”时，
上述区域A的面积比上述区域B的面积宽广。
2.根据权利要求1所述的双面电极型太阳能电池，
沿着从上述一端侧连结至上述另一端侧的方向的上述区域B的长度不到上述半导体基板的厚度的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的双面电极型太阳能电池，
当在上述另一端侧的上述另一面侧，在未被上述n型用透明氧化物电极层覆盖的上述n型半导体层的区域中，以上述半导体基板为界将与上述区域B相对的区域设为“区域D”时，
上述区域D的面积为上述区域B的面积以下。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的双面电极型太阳能电池，
当在上述一端侧的上述另一面侧，在未被上述n型用透明氧化物电极层覆盖的上述n型半导体层的区域中，以上述半导体基板为界将与上述区域A相对的区域设为“区域C”时，
上述区域C的面积比上述区域B的面积宽广。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的双面电极型太阳能电池，
在上述一面侧为受光侧、上述另一面侧为背侧的情况下，
与上述p型用透明氧化物电极层电连接的p型用金属电极层的一部分覆盖上述区域A的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的双面电极型太阳能电池，
当在上述一端侧的上述另一面侧，在未被上述n型用透明氧化物电极层覆盖的区域中，以上述半导体基板为界将与上述区域A相对的区域设为“区域C”时，
覆盖上述n型用透明氧化物电极层并与其电连接的n型用金属电极层的面积为上述n型用透明氧化物电极层的面积以下，且与上述区域C不重叠。
7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的双面电极型太阳能电池，
在上述另一面侧为受光侧、上述一面侧为背侧的情况下，
当在上述一端侧的上述另一面侧，在未被上述n型用透明氧化物电极层覆盖的区域中，以上述半导体基板为界将与上述区域A相对的区域设为“区域C”时，
与上述n型用透明氧化物电极层电连接的n型用金属电极层的一部分覆盖上述区域C的至少一部分。
8.根据权利要求7所述的双面电极型太阳能电池，
覆盖上述p型用透明氧化物电极层并与其电连接的p型用金属电极层的面积为上述p型用透明氧化物电极层的面积以下，且与上述区域A不重叠。
9.一种太阳能电池模块，至少包含1个以上的太阳能电池串，上述太阳能电池串至少包含2个权利要求1～8中的任意一项所述的双面电极型太阳能电池并是将它们电连接而成的，
上述太阳能电池模块的特征在于，
导电性粘接剂介于使第2上述双面电极型太阳能电池中的上述另一端侧的上述另一面侧的一部分重叠到第1上述双面电极型太阳能电池中的上述一端侧的上述一面侧的一部分的情况下的这些上述一部分之间，将两方上述双面电极型太阳能电池电连接。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池模块，
上述区域A被上述第2双面电极型太阳能电池遮挡，或者
当在上述一端侧的上述另一面侧，在未被上述n型用透明氧化物电极层覆盖的区域中，以上述半导体基板为界将与上述区域A相对的区域设为“区域C”时，上述区域C被上述第2双面电极型太阳能电池遮挡。
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